본 연구는 Low Earth Orbit (LEO) 위성을 활용한 Positioning, Navigation and Timing (PNT) 시스템 구현을 목표로, 항법신호 송신 모듈의 개발 및 성능 검증 결과를 제시한다. 개발된 항법신호는 Global Positioning System (GPS) L1 Coarse/Acquisition (C/A) 구조를 기반으로 반송파, Pseudo Random Noise (PRN) 코드, 항법 메시지의 3계층으로 구성되며, 기존 Global Navigation Satellite System (GNSS)와 의 간섭을 최소화하기 위해 S-band 주파수를 사용한다. 송신 모듈은(Field-Programmable Gate Array (FPGA)를 기반으로 설계되었으며, 클럭 모듈을 통해 GPS와 동기화된 10 MHz 기준 클럭 및 10.23 MHz의 C/A 코드용 클럭을 생성한다. 디지털 모듈에서는 PRN C/A 코드를 PRN number 기반으로 생성하고, 아날로그 모듈에서는 S-band 반송파를 생성하고 PRN 코드와 반송파를 합성하여 출력 신호 세기를 조 절 한 후 최종적으로 항법 신호를 송신한다. 생성된 신호는 MATLAB 기반 Software-Defined Radio (SDR)을 활용하여 수신 및 분석되었으며, PRN C/A 코드에 대한 correlation peak 분석 및 항법 메시지 복조 를 통해 신호 생성을 검증하였다. 본 송신 모듈은 SPIRONE 큐브위성에 탑재되어 2025년 11월 예정된 누리호 4차 발사를 통해 실제 우주 환경에서의 운용 성능을 평가할 계획이다.

Development and Verification of a Navigation Signal Transmission Module for LEO-PNT Systems

Ina Jeong, O-jong Kim*, Yunho Cha

This study presents the development and performance verification of a navigation signal transmission module designed for the implementation of a Positioning, Navigation and Timing (PNT) system utilizing Low Earth Orbit (LEO) satellites. The developed navigation signal is structured in three layers—carrier, Pseudo Random Noise (PRN) code, and navigation message—based on the GPS L1 C/A (Coarse/Acquisition) format and employs the S-band frequency to minimize interference with existing GNSS systems. The transmission module is implemented on an FPGA-based architecture. The clock module generates a 10 MHz reference clock synchronized with GPS and a 10.23 MHz clock for C/A code generation. In the digital module, the PRN C/A code is generated based on a PRN number, while the analog module produces the S-band carrier and performs signal synthesis, and adjusts the output power, and transmits the final navigation signal. The generated signal was received and analyzed using a MATLAB-based Software-Defined Radio (SDR). Verification was conducted through correlation peak analysis of the PRN C/A code and demodulation of the navigation message. The transmission module and is scheduled to be launched aboard the SPIRONE CubeSat on South Korea’s Nuri rocket (4th launch), planned for November 2025, to evaluate its performance in an actual space environment.

Keywords: LEO- PNT, navigation signal transmission module, CubeSat

Speaker 정인아 세종대학교